專利名稱：養(yǎng)殖用多功能增氧自控及報警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用聲、光、電波及其它波振類傳感器根據(jù)需要在養(yǎng)殖水體中構(gòu)成一定工作層面，利用游入其中的養(yǎng)殖種類傳感器發(fā)生感應，經(jīng)具有選頻、多普勒效應檢測、多級計數(shù)、比較、預置及必要輔助功能的電路構(gòu)成的微處理器成帶有加熱元件的溫度繼電器判定為養(yǎng)殖種類浮頭或?qū)な常⒆詣訄缶伴_關(guān)增氧機或投餌機的被動方法，及一種利用對當日光照強度測量累加后除以上日根據(jù)養(yǎng)殖種類初次浮頭時間推算的該養(yǎng)殖水體單位時間內(nèi)的近似耗氧比數(shù)，從而大致推斷該水體內(nèi)的養(yǎng)殖種類日內(nèi)初次浮頭時間及到時自動報警并開動增氧機的主動方法，還有一種利用小功率增氧設(shè)施誘使浮頭魚蝦等向傳感器集中、增加被動類自控裝置可靠性的方法，三種方法可綜合結(jié)合使用，并可擴展分狀態(tài)、遠程報警及根據(jù)情況依次操控多種漁業(yè)機械的功能。
背景技術(shù)：
現(xiàn)市售的增氧自控及報警裝置多以水中溶氧為監(jiān)測對象，而現(xiàn)在水產(chǎn)養(yǎng)殖多采用高密度集約化混養(yǎng)，養(yǎng)殖品種的體質(zhì)因飼養(yǎng)水平差異而變化不定，若患有爛鰓等疾病時耐低氧能力則更是下降很大。這樣，此類裝置動作值設(shè)定偏高時魚蝦等已浮頭而裝置不動作，動作值設(shè)置偏低時魚蝦等未浮頭而增氧裝置已開，浪費機能。且常用的增氧機型的提前運行會導致養(yǎng)殖水體上下層的提前對流，使池底耗氧更加嚴重，夜內(nèi)一旦停機溶氧值將迅速下降。這樣，選擇在魚蝦等剛浮頭時開啟增氧機才能即有效地降低能耗又可防止泛池危害的發(fā)生。另有以氣壓為監(jiān)測對象的增氧自控裝置則誤動性更大。用微電腦時控的方法則需設(shè)置人員根據(jù)經(jīng)驗猜測性推斷魚蝦等的浮頭時間，同樣有開早開晚的問題。以上裝置都無法應付意外性浮頭，且都不能監(jiān)測由水體中毒引發(fā)的浮頭。有以紅外探頭監(jiān)測水中魚簍中飼喂的信號魚的裝置，此裝置對缺氧和中毒引發(fā)的浮頭都可能做出反應，但因其“生物傳感器”位置固定和僅能以信號魚為監(jiān)測對象，意外情況的發(fā)生概率性仍然很大。如信號魚與水體內(nèi)大部分魚類體質(zhì)可能存在較大差異，且同體質(zhì)的飽食魚與饑魚的耐低氧能力也會相差很多，這就造成了使用人的飼喂難題。再就是水中各處的有毒物質(zhì)分布并不均勻，(如池底硫化氫及藻類密集處產(chǎn)生的毒素)這就使該裝置對此類浮頭的監(jiān)測更加不力。
本發(fā)明旨在提高增氧自控裝置的可靠性及準確性，做到終極(魚蝦浮頭)和廣角(水體和養(yǎng)殖種類的大部)監(jiān)測，降低水產(chǎn)養(yǎng)殖的泛池危險性和看護人員的工作強度，同時還可幫助養(yǎng)殖戶積累當?shù)毓庹樟康葦?shù)據(jù)，便于總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗，合理安排投喂量，并致力于功能的擴展，實現(xiàn)養(yǎng)殖的自動化及無人化。

發(fā)明內(nèi)容
用具有一工作頻率(頻率設(shè)定以所用波種在水中波長小或等于大多數(shù)飼養(yǎng)種類的體厚，如魚背至魚腹的厚度為宜)的電壓驅(qū)動裝在一定基座中的微波、超聲波、紅外及其它波振類傳感器，使它們發(fā)出具有一定工作層面的工作波，利用游入其中的養(yǎng)殖種類對工作波產(chǎn)生的阻斷、反射及多普勒效應，使傳感器產(chǎn)生感應(或使波振探頭停振)，其信號經(jīng)放大、選頻、多普勒檢測、整形后觸發(fā)其后的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使其打開計數(shù)閘門，計數(shù)器開始計數(shù)。另設(shè)有多級時鐘、預置和比較電路，在時鐘電路和單位時間內(nèi)計數(shù)器達不到設(shè)定數(shù)值，時鐘電路的清零脈沖通過清零閘門將計數(shù)器清零，當達到設(shè)定數(shù)值時，該級數(shù)值比較器關(guān)閉此清零閘門，阻斷該級時鐘電路對計數(shù)器的清零，使計數(shù)器進入第二時鐘工作狀態(tài)，如是往復。當計數(shù)器達到設(shè)定數(shù)值時，輸出相關(guān)報警及控制信號，當達到設(shè)定最大值時，輸出此計數(shù)器終端報警及控制信號并將計數(shù)器全部清零，開始下一個工作循環(huán)。這樣多級時鐘及比較器的設(shè)置就使微處理器具有了模糊處理功能及相關(guān)數(shù)值可調(diào)性，便于使用人員根據(jù)養(yǎng)殖種類的實際浮頭及尋食狀態(tài)對傳感器產(chǎn)生的反應時間設(shè)定相關(guān)預置數(shù)，為了便于觀察，各傳感器后可接工作指示燈，各傳感器后的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)時間可根據(jù)需要設(shè)定，但不得小于單個計數(shù)脈沖時間。時鐘與計數(shù)器由基準時鐘協(xié)調(diào)工作。
另外，被動機型輸出的最終浮頭判定信號可輸入測量光照強度并計時運算的微處理器，作為計時器及相關(guān)運算的觸發(fā)脈沖，使其第二日能主動算出當天夜里本養(yǎng)殖水體內(nèi)魚蝦類大致的起始浮頭時間，并到時主動報警及開動增氧機。
此微處理器為照度自動測量及計時自動運算電器，由光電池、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、光控延時電路、時鐘電路、存儲器、累加器、除法器、計時器、測量及運算管理電路組成，白天日出時光控延時電路將累加器清零，(光控延時電路動作值為日出或日落時的光照強度，延時是為了避免此時期內(nèi)天氣變化導致對累加器的多次清零)，測量、運算管理電路開始指揮光電池、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、累加器進行間隔定時測量、數(shù)據(jù)鎖存、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器清零，測量結(jié)果累加的工作程序，晚上日落時光控延時電路會同運算管理電路停止照度測量、累加的工作，累加結(jié)果鎖存。浮頭計時器開始計時，累加結(jié)果除以耗氧存儲器中的鎖存數(shù)據(jù)并將結(jié)果鎖存，與之相連的增氧計時器開始計時，到與鎖存結(jié)果相同時，輸出報警及增氧機開機信號。
需要特別指出的是，增氧計時器正常工作要等到輸入脈沖信號后的第二天。浮頭信號到來后，浮頭計時器停止計時，運算器將當天的照度累加值除以該時值并將該結(jié)果打入耗氧存儲器。此結(jié)果即為此水體單位時間內(nèi)綜合耗氧量的一個大致比數(shù)。(因水體中溶氧有90％以上來自水中生物的光合作用，故日光照量和水體溶氧產(chǎn)量有間接換算關(guān)系)。為防止初次使用時耗氧存儲值為零帶來的運算法則錯誤，可使當日照度累加值除以的是耗氧存儲值加一個極小的數(shù)值后的和值，這樣即防止了運算法則錯誤，又適應了水產(chǎn)養(yǎng)殖種類成長帶來的耗氧量日漸次增加問題。此加數(shù)值可由鎖存器人為設(shè)置，一舉兩得。同樣道理，為避免一日內(nèi)浮頭脈沖的多次輸入，(如增氧機自動關(guān)閉后，魚蝦類再次浮頭引發(fā)被動處理器動作)導致運算失誤，運算管理電路在第一次浮頭脈沖到來后即關(guān)閉該脈沖輸入閘門，至次日再會同光控電路打開此閘門。雖然是這樣，若遇連陰天或大霧天氣時，該主動機型也可能無法正常工作，其時的報警工作將完全依靠被動機型。
以上兩機可聯(lián)機工作，也可根據(jù)市場需要分機出售，由用戶手控操作部分環(huán)節(jié)，如浮頭脈沖的輸入。為提高裝置的工作可靠性及減少誤動、可加裝一小型增氧裝置，在增氧裝置的工作水面部設(shè)傳感器，由機控、時控或手動打開小增氧機，誘使浮頭魚蝦向富氧、即傳感器工作區(qū)集中，從而最終打開用以全池增氧的大功率增氧機。這樣照度測量運算計時器及監(jiān)測暗浮頭的多普勒檢測器初級置數(shù)控制的，就以小增氧機為宜。
具體實施例方式
(以水產(chǎn)主要養(yǎng)殖品種魚類為例)被動式機型的關(guān)鍵是傳感器能否準確捕捉魚類運動位置及狀態(tài)，以及微處理器對魚類浮頭、尋食和自然運動的準確判斷。魚浮頭分兩個階段，即水下浮頭和水面浮頭。水下浮頭是起始階段，此時魚類因缺氧而由較深層水上浮至淺水層水。并在水面下驚慌游動、亂竄、尋找富氧水區(qū)，此時俗稱暗浮頭。缺氧再嚴重時，魚將游至水面并將頭翹出水面，用嘴吞咽空氣以獲氧，這是浮頭的后階段，即明浮頭。此種浮頭若時間過長，則即使開動增氧機魚也將無力向增氧機靠近而造成死傷。根據(jù)上述特點，監(jiān)測魚蝦類浮頭的傳感器工作波面應設(shè)置在上層水中。監(jiān)測魚類的以水面至水下30厘米左右為宜。(養(yǎng)殖用水一般深度在50至250厘米之間)。上層傳感器以選頻工作方式為主，并最終控制為全池增氧的主機，下層傳感器以多普勒檢測方式為主，由多級比較依次控制小、大功率增氧機。各傳感器發(fā)射、接收指向性以扇面薄餅形為佳，可用基座配合實現(xiàn)。為了便于用戶監(jiān)測傳感器的工作情況。宜在其后串接一工作指示發(fā)光二極管，用戶可通過觀察各傳感器指示燈在浮頭時期的明滅時間準確沒置時鐘的時值和比較器的數(shù)值，減少誤動。為減少功耗和降低成本。同一層面的傳感器可分別朝向，輸出采用門電路組合，其后再接同一路模糊處理電路，這樣只要有一個傳感器產(chǎn)生感應，計數(shù)器即可開始工作，還增加了裝置的可靠性。傳感器或其門電路輸出所接的單穩(wěn)電路，可使計數(shù)器對魚類快速游過時傳感器感應時間小于計數(shù)脈沖時也能同樣作出反應捕捉計數(shù)。
監(jiān)測魚尋食運動的傳感器應設(shè)在食場水區(qū)中，以多普勒檢測工作性為主，并配合飼喂定時電路，組成門電路比較共同做出反應，做到定時、定量飼喂。
各種傳感器探頭都應布在水面以下，其浮體抗風浪性要好，以減少風浪反射對傳感器產(chǎn)生過大影響、導致誤動。(光電池和光控電路的光敏電阻則應放置在采光良好處，以能接受一天日光照射為準)數(shù)值比較器輸出的各種報警信號及控制信號后宜接一定單穩(wěn)時間的觸發(fā)器或計時電路，可重復觸發(fā)，其單穩(wěn)態(tài)在末次觸發(fā)后再過單穩(wěn)時間結(jié)束。這樣就做到了增氧機在浮頭發(fā)生時的持續(xù)性及隨機性。
各傳感器的選擇應考量其波種特性及性價比，可組含使用以盡量使產(chǎn)品取得價格優(yōu)勢。超聲波傳感器應采用密封防水型，市售產(chǎn)品的中心頻率多在40KHZ左右，此時其水下聲波長為3厘米左右，為縮短其波長可向廠家定制100KHZ以上產(chǎn)品，并要求其指向性近可能成尖銳的扇形薄餅狀。因為超聲波穿透力強，其基座選用隔音、吸音材料，如蜂窩狀橡皮等。超聲波傳感器宜采用反射式，接收傳感器后宜并接選頻和多普勒檢測電路，其后的計數(shù)比較電路數(shù)值分別設(shè)置，宜以多普勒檢測控制小型增氧機，選頻電路控制大功率增氧機為好。
紅外傳感器具有造價低、調(diào)頻性能好、基座只需隔光材料即可，指向性易控等優(yōu)點，且市場上有大批集成探頭可供選用，缺點是傳輸距離受養(yǎng)殖水體透明度影響較大，需常清洗及根據(jù)池水肥度調(diào)節(jié)作用距離。此種探頭對射反射皆可，易布控在小型增氧機工作面內(nèi)最上工作層(水面至水下2-3厘米處)，監(jiān)控水面浮頭。特別適于監(jiān)測蝦類浮頭。
微波傳感器在水下使用只要解決潛布電容及屏蔽問題即可得到良好應用，其優(yōu)點是既具有超聲的傳輸距離優(yōu)勢和良好多普勒選擇性又具有光探頭的方向易控性，同時又具有基座易制、射波層面清楚的特點。其基座易選用良好導體(如鋁)制造。天線宜選用帶絕緣皮的導線或干脆封閉在金屬密閉腔內(nèi)，其射波發(fā)射或接收口的金屬導板與用作屏敞層的外殼基座絕緣，外殼屏敝可靠接地。
各基座設(shè)計以使工作波面滿足要求為準，即以傳感器為扇形中心點使殼體前探。利用殼體對波的阻斷或屏蔽、吸收限定傳感器發(fā)射或接收的方向。(上下開口限定發(fā)射或接收的垂直指向，左右開口限定其水平指向角)基座可安裝在專用浮筒上，也可借助增氧機的浮筒或干脆固定在水面下的池岸上，以抗風浪性能高，監(jiān)測水面廣為宜。
為防止因傳輸距離過長使池岸等障礙物將工作波反射至接收傳感器，或因超聲波穿透力過強妨礙發(fā)射與接收探頭的近距安裝，發(fā)射或接受電路應設(shè)可變電位器調(diào)節(jié)其靈敏度。信號的傳輸因種類需要選用適宜的導線(如微波需專用導線)。各電路應做好屏蔽、避免相應干擾。電路電源選用優(yōu)質(zhì)蓄電池，最好采用市電與其連接成過壓自動保護充電線路，保證市電停電時也能可靠報警。傳感器引發(fā)的單穩(wěn)電路后的數(shù)字模糊處理電路也可用帶加熱元件的雙金屬片動作距離有較大可調(diào)性的溫度繼電器替用，缺點是調(diào)節(jié)準確性差，誤動性高。
為防止小型增氧機的運轉(zhuǎn)導致上下水層對流引發(fā)總體型缺氧?？稍O(shè)計為小型噴霧式增氧機，由電機、高壓水泵、噴頭組成。噴頭的分布與傳感器的分布配合，達到最佳效果。還可專設(shè)管道及可控噴口至傳感探頭。沖洗附著的藻類等臟物，完成自動清洗，水泵的進水口應開在淺水層中，可呈圓圈狀分布，使開機時整機保持水平狀態(tài)，避免影響附在其上的探頭工作。
另外，可在增氧機的執(zhí)行機構(gòu)，如葉輪式增氧機的輪盤周邊和水車式增氧機的槳葉上安裝磁鐵，在浮體上靠近磁鐵運行軌跡處安裝一感應線圈，利用磁鐵轉(zhuǎn)動時該線圈產(chǎn)生的感應電流放大、整形后與控制該增氧機的單穩(wěn)或時鐘電路組成異或門電路，則在增氧機應工作狀態(tài)時意外停轉(zhuǎn)或輪盤脫落時，該門電路都會觸發(fā)其后的報警電路。當然，同樣可將增氧機的工作相線經(jīng)降壓整形組成門電路比較形式，進行停電及缺相報警，以此類推，可利用各機型的報警及工作指示電流，合并增氧機狀態(tài)檢測電流、有自動啟動功能的燃油機組產(chǎn)生的信號電流以及自動投餌機的時控電路組成多級邏輯門電路，利用邏輯門的輸出觸發(fā)相應的執(zhí)行電路和報警電路，并接入相應的指示燈和音頻信號，就會實現(xiàn)相應狀態(tài)報警及各種機械的有序控制。在接入相應的語音芯片后就會實現(xiàn)語音報警。將報警輸出與對講機或帶有預置號功能的電話相連，即可實現(xiàn)遠程報警。在加接緊急供氧設(shè)施，如在市電停電后根據(jù)控制信號啟動備用燃油機組，或機械增氧失敗后打開電磁閥使事先備好的增氧劑噴灑或流入備好的水下沉桶等類似方法，拖延時間等待看護人采取相應措施，這樣可實現(xiàn)飼養(yǎng)人的離場看護。若將各傳感器與處理器的輸出、輸入信號實現(xiàn)脈沖或頻率編碼無線連接，則能達到一人看護多池或多處增氧機組，但采用此種方式時各機由其是相鄰養(yǎng)殖戶之間應協(xié)凋編碼，避免相互干擾造成誤動。微處理器可用市售集成電路組裝，亦可大規(guī)模集成降低成本。各種信號輸入與輸出設(shè)相應的插駁口，便于用戶根據(jù)需要選接外圍裝置。遠程報警可利用帶預置號功能的座機或積壓的舊型手機(有此市場契機及可行性)加接專用的輸入口，養(yǎng)殖戶外出時只需插入與呼出鍵并接的專用插頭，輸入預置號即可。
另外，有一種低成本的聲、光控方式，即采用單穩(wěn)或時鐘電路控制射燈間隔定時照射水面，利用輕浮頭魚類下潛時引發(fā)的聲響推動聲波傳感器，利用它產(chǎn)生的信號觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)執(zhí)行電路啟閉增氧機，但缺點是其光刺激對重度浮頭無效，使照射時間的選擇難以掌握，且易使魚產(chǎn)生疲勞性，但此機可面向資金少的用戶群。
上述方法的實現(xiàn)和流程可參照附圖
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權(quán)利要求
1.一種養(yǎng)殖用多功能增氧自控及報警裝置，包括微處理器及必要傳感器、執(zhí)行部件，其特征是利用各水產(chǎn)養(yǎng)殖機械的工作狀態(tài)指示電流、傳感器的工作信號、處理器的時控電路及相應輸出信號組成邏輯門電路，利用其輸出及外圍輔助器械實現(xiàn)各機械的有序自控及分狀態(tài)、遠程報警功能、可實現(xiàn)一人看護多臺機組或多處養(yǎng)殖水面并可離場看護。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的養(yǎng)殖用多功能增氧自控及報警裝置，其特征是利用聲、光、電、波及其他波振探頭在養(yǎng)殖水體中構(gòu)成一定工作層面，利用游入其中的養(yǎng)殖種類使傳感器發(fā)生感應，經(jīng)具有選頻、多普勒效應檢測、多級計數(shù)、比較、預置功能的微處理器或帶有加熱元件的溫度繼電器檢測判定為養(yǎng)殖種類浮頭或?qū)な硶r自動報警并開關(guān)增氧機或投餌機械，其輸出浮頭信號可輸入由光電池、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、測量及運算管理電路、運算器、計時器組成的微處理器，由該處理器合并它測得的光照量大致推算出該養(yǎng)殖水體內(nèi)養(yǎng)殖種類日內(nèi)初次浮頭時間，到時主動開動增氧機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的養(yǎng)殖用多功能增氧自控及報警裝置，其特征是為實現(xiàn)2利用小功率增氧設(shè)施誘使浮頭種類向2的傳感器靠近，從而增加2裝置可靠性及準確性，采用噴霧式、小功率及防止自身運轉(zhuǎn)加劇池底耗氧引發(fā)整體型缺氧。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的養(yǎng)殖用多功能增氧自控及報警裝置，其特征是在增氧機、投餌機工作部(即其輪盤或槳葉)及其相鄰位置分別安裝磁鐵和感應線圈，利用其產(chǎn)生的電流推知其工作狀態(tài)。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的養(yǎng)殖用多功能增氧自控及報警裝置，其特征是將一個用戶的各傳感器、處理器的輸出和輸入信號采用頻率式或脈沖編碼，實現(xiàn)無線連接，從而實現(xiàn)一人看護多臺工作機或多處養(yǎng)殖水面及將處理器的報警電路加裝音頻芯片候與對講機或具有預置號功能的電話連接，實現(xiàn)看護人員離場看護。
6.據(jù)權(quán)利要求2所述的養(yǎng)殖用多功能增氧自控及報警裝置，其特征是利用射燈間隔定時照射水面引發(fā)輕度浮頭的魚類下潛時的聲響推動聲音傳感器觸發(fā)單穩(wěn)控制電路，控制增氧機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用聲、光、電波或其它波振傳感器在水體中構(gòu)成一定工作層面，利用游入其中的養(yǎng)殖種類使傳感器發(fā)生感應，經(jīng)具有選頻、多普勒效應檢測、多級時鐘、計數(shù)、比較電路組成的微處理器或帶有加熱元件的溫度繼電器判定為浮頭或?qū)な硶r自動報警并開動增氧機或投餌機的被動方法，及一種利用測量光照強度和浮頭時間、經(jīng)具有存儲、運算、比較、預置、計時功能的微處理器處理主動開啟增氧機的方法。兩種方法可聯(lián)機使用并拓展多種養(yǎng)殖機械的狀態(tài)報警及次序自控功能，并可實現(xiàn)看護人員一人看護多機或多處養(yǎng)殖水面，或離場看護。還有一種利用小功率增氧設(shè)施誘使浮頭的養(yǎng)殖種類向傳感器靠近以增加增氧自控裝置可靠性的方法。
文檔編號A01K61/00GK1765178SQ20041003602
公開日2006年5月3日 申請日期2004年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月27日
發(fā)明者薛慶源, 董霞 申請人:薛慶源, 董霞